JP2004264240A - 慣性装置のミスアライメント計測方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】ジャイロミスアライメント推定精度の向上を図るとともに、専用装置を要せず、極めて平易に慣性装置のジャイロミスアライメントを推定する。
【解決手段】慣性装置を３軸回転テーブルに載せて、慣性装置の水平静置状態におけるアライメントを実施し（ステップＳ１１）、慣性装置に対してＸ軸まわりに＋９０°、Ｙ軸まわりに＋９０°、Ｘ軸まわりに−９０°の姿勢変動を順に印加する（ステップＳ１２）。同様に、ステップＳ１３〜Ｓ１５の姿勢変動を順に印加する。慣性装置の姿勢が元の状態に戻った後に、コンピュータ水平軸において計算される速度変化を加速度誤差として計測し（ステップＳ１６）、この加速度誤差を用いて、慣性装置に内蔵されるジャイロの誤差パラメータを推定して求める（ステップＳ１７）。
【選択図】 図１
【解決手段】慣性装置を３軸回転テーブルに載せて、慣性装置の水平静置状態におけるアライメントを実施し（ステップＳ１１）、慣性装置に対してＸ軸まわりに＋９０°、Ｙ軸まわりに＋９０°、Ｘ軸まわりに−９０°の姿勢変動を順に印加する（ステップＳ１２）。同様に、ステップＳ１３〜Ｓ１５の姿勢変動を順に印加する。慣性装置の姿勢が元の状態に戻った後に、コンピュータ水平軸において計算される速度変化を加速度誤差として計測し（ステップＳ１６）、この加速度誤差を用いて、慣性装置に内蔵されるジャイロの誤差パラメータを推定して求める（ステップＳ１７）。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、慣性装置のミスアライメント計測方法に関し、特にストラップダウン型慣性装置等の慣性装置に内蔵されるジャイロの相互間のミスアライメントを計測する慣性装置のミスアライメント計測方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ストラップダウン型慣性装置等の慣性装置に内蔵されるジャイロの相互間にミスアライメント（直交からの取付けズレ角）が存在する場合には、該ミスアライメントにより、慣性装置により検出される速度、加速度、位置、姿勢および方位等の各種慣性データにおける誤差要因が生じ、慣性装置の運用上の障害となる。従来は、このような慣性装置におけるミスアライメントを計測する際には、先ず直交する２軸の回転軸を有するテーブル（以下、２軸回転テーブルと云う）上に慣性装置を載せて、該慣性装置に２軸まわりの所定回転を与えることにより生じる姿勢誤差の重力加速度とのカップリングを計測して、ミスアライメントによる誤差パラメータを推定する方法が用いられている。
【０００３】
また、これらのミスアライメントに対する補正が行われた後においても、該ミスアライメント補正時における補正残により、或はまたミスアライメントの経年変動等により上記の慣性誤差が改めて発生する。このミスアライメントに起因する慣性誤差は、地上の車両走行におけるマニューバ（ｍａｎｅｕｖｅｒ）においては、さほど大きな誤差要因とはならないが、慣性装置が航空機等に搭載される場合のように、ロール軸まわりに傾けて（ｂａｎｋ（バンク））して旋回するようなマニューバ環境においては、コンピュータによる演算姿勢に対して大きな誤差を誘引する要因となり、慣性装置により検出される慣性データには大きな誤差が発生して運用上の障害となる。この対応策としては、内蔵されるジャイロおよび加速度計等の各機器相互間のミスアライメントを再計測して、該ミスアライメントを補正する以外には方法がない。しかも、その際には、該慣性装置を航空機等より取外して専用の地上試験装置に装着し、所定の試験を実施するという手順を踏むことが必須条件となる。なお、ここでマニューバは、加速度の有無にかかわらず、姿勢変化を伴う角速度のある運動をいう。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来例においては、従来方式のように、２軸回転テーブルを用いてミスアライメントによる誤差パラメータを推定する際には、以下の２点の制約が、該誤差パラメータの推定精度に関与する条件として存在している。
【０００５】
（１）２軸回転テーブルの制約により、計測される加速度には複数のパラメータの影響が混在しており、個々のパラメータを求めるためには、複数個の計測により、それぞれを分離計算することが必要となる。
【０００６】
（２） 推定精度には、加速度センサのバイアス安定性が関与している。
【０００７】
従って、上記２項目の制約により、ジャイロのミスアライメントの推定に関しては、加速度センサのバイアス誤差と、複数個の計測による影響が推定誤差として含まれることになり、ミスアライメント計測の精度劣化の要因になるという欠点がある。
【０００８】
また、慣性装置が航空機等に搭載される場合のように、ロール軸まわりにバンクして旋回するようなマニューバ環境においては、ミスアライメントによる誤差パラメータは、コンピュータによる演算姿勢に対して大きな誤差を誘引する要因となり、慣性装置により検出される慣性データには大きな誤差が発生する。この対応策としては、内蔵されるジャイロの相互間のミスアライメントを再計測して、該ミスアライメントを補正する以外には手段がなく、その際には、該慣性装置を航空機等より取外して、専用の地上試験装置に装着して所定の試験を実施することが必要となり、慣性装置の整備上多大の工数による手間と時間を要するという欠点がある。
【０００９】
本発明の目的は、上記の欠点を排除して、ミスアライメント計測精度の向上を図るとともに、航空機等に搭載され、特有のマニューバ環境にある慣性装置に対しても、該慣性装置を航空機等より取外すことなく、極めて容易に精度高くミスアライメントを計測することのできる慣性装置のミスアライメント計測方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前述の課題を解決するために本発明は次の手段を提供する。
【００１１】
（１）直交３軸に沿って慣性装置に配置されるジャイロ相互間のミスアライメントを計測する慣性装置のミスアライメント計測方法において、
３軸の回転軸を有する３軸回転テーブルに対して前記慣性装置を載置し、該３軸回転テーブル上に各回転軸に沿って設定される直交３軸座標系のＸ軸（ロール軸）、Ｙ軸（ピッチ軸）およびＺ軸（ヨー軸）に対応して、水平にて該慣性装置のアライメントを実施する第１のステップと、
前記慣性装置に対し、Ｘ軸まわりに＋９０°の姿勢変動を印加し、次にＹ軸まわりに＋９０°の姿勢変動を印加し、次いでＸ軸まわりに−９０°の姿勢変動を印加する第２のステップと、
前記慣性装置に対し、Ｘ軸まわりに−９０°の姿勢変動を印加し、次にＹ軸まわりに＋９０°の姿勢変動を印加し、次いでＸ軸まわりに＋９０°の姿勢変動を印加する第３のステップと、
前記慣性装置に対し、Ｘ軸まわりに−９０°の姿勢変動を印加し、次にＹ軸まわりに＋９０°の姿勢変動を印加し、次いでＸ軸まわりに＋９０°の姿勢変動を印加する第４のステップと、
前記慣性装置に対し、Ｘ軸まわりに＋９０°の姿勢変動を印加し、次にＹ軸まわりに＋９０°の姿勢変動を印加し、次いでＸ軸まわりに−９０°の姿勢変動を印加する第５のステップと、
前記第５のステップにより、前記慣性装置が元の姿勢に戻った後にコンピュータ水平軸において計算される速度変化を加速度誤差として計測する第６のステップと、
前記第６のステップにおいて得られた加速度誤差を用いて、前記ジャイロのミスアライメントを推定して求める第７のステップと
を有することを特徴とする慣性装置のミスアライメント計測方法。
【００１２】
（２）航空機等の飛翔体に搭載される慣性装置に対応して、直交３軸に沿って配置されるジャイロ相互間のミスアライメントを計測する慣性装置のミスアライメント計測方法において、
前記飛翔体の進行方向に沿って該飛翔体に設定される直交３軸座標系のＸ軸（ロール軸）、Ｙ軸（ピッチ軸）およびＺ軸（ヨー軸）に対応して、該飛翔体をＸ軸（ロール軸）方向に沿う一定進行方位に飛翔させ、右旋回→左旋回→左旋回→右旋回又は左旋回→右旋回→右旋回→左旋回を行って当初の前記一定進行方位に対する飛翔に戻る飛行パターンのマニューバ飛翔を、Ｎサイクル繰返して実施し、前記慣性装置に対して姿勢変動を付与するステップと、
地上に帰航した後に、前記慣性装置による静止航法データの速度および方位の誤差から、ジャイロのミスアライメント変動を推定して求めるステップと
を有することを特徴とする慣性装置のミスアライメント計測方法。
【００１３】
【作用】
上記の方法によれば、２軸回転テーブルの制約による加速度センサのバイアス誤差と、複数個の計測による推定誤差の影響が排除されて、平易な方法によりミスアライメントの推定による計測精度の向上を図ることができるとともに、航空機搭載の特有のマニューバ環境にある慣性装置に対しては、飛行過程において、慣性装置に対して特定の飛行パターンによる姿勢変動を付与することにより、該慣性装置を航空機等より取外すことなく、極めて容易に精度高くミスアライメントを推定することが可能となる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に、本願発明の実施の形態について説明する。本願の第１の発明である慣性装置のミスアライメント計測方法の実施形態は、ミスアライメント計測対象のジャイロを内蔵する慣性装置に対して、Ｘ軸まわりとＹ軸まわりに、所定の順番にてそれぞれ＋９０°または−９０°の姿勢変動を与えて、該慣性装置が当初の姿勢に戻った時点において、コンピュータ水平軸において計算される速度変化を加速度誤差として計測し、該加速度誤差を用いて、前記ジャイロのミスアライメントを推定して求めることを特徴としている。
【００１５】
また第２の発明の慣性装置のミスアライメント計測方法は、ミスアライメント計測対象のジャイロを内蔵する航空機搭載の慣性装置に対して、右旋回→左旋回→左旋回→右旋回の旋回飛行を含む飛行パターンを数サイクル実施することにより姿勢変動を付与した後に、帰航後において、速度および方位の誤差を含む静止航法データからミスアライメント変動を推定することを特徴としている。
【００１６】
まず、第１の発明の実施の形態について説明する。図１は、本実施の形態である慣性装置のミスアライメント計測方法における手順を示すフローチャート、図２および図３は、本実施の形態において、慣性装置を座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）の各軸まわりに回転させて、姿勢変動を与えた際の慣性装置の姿勢を示す斜視図と、対応する座標系の回転状況を示す図である。以下においては、主として図１〜図３を参照して、本実施の形態のミスアライメント計測方法について説明する。
【００１７】
図１を参照すると、先ず、ミスアライメント計測対象の慣性装置を３軸回転テーブルに載せて、ロール軸に対応するＸ軸を進行方向として設定される直交座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に対応して、水平状態として慣性装置のアライメントを実施する（ステップＳ１１）。この状態における慣性装置自体の姿勢の状態が図２（ａ１ ）に示され、座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）の回転状態が図２（ａ２ ）に示される。次に慣性装置に対してＸ軸まわりに＋９０°、Ｙ軸まわりに＋９０°、Ｘ軸まわりに−９０°の姿勢変動を順に印加する（ステップＳ１２）。ステップＳ１２による慣性装置の姿勢変動が図２（ｂ１ ），（ｃ１ ）および（ｄ１）に示され、座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）の回転状態が、図２（ｂ２ ），（ｃ２ ）および（ｄ２ ）に示される。
【００１８】
次に慣性装置に対してＸ軸まわりに−９０°、Ｙ軸まわりに＋９０°、Ｘ軸まわりに＋９０°の姿勢変動を印加する（ステップＳ１３）。ステップＳ１３による慣性装置の姿勢変動が、図２（ｅ１ ），（ｆ１ ）および（ｇ１）に示され、座標系（Ｘ，Ｙ、Ｚ）の回転状態が、図２（ｅ２ ），（ｆ２ ）および（ｇ２ ）に示される。次に慣性装置に対してＸ軸まわりに−９０°、Ｙ軸まわりに＋９０°、Ｘ軸まわりに＋９０°の姿勢変動を印加する（ステップＳ１４）。ステップＳ１４による慣性装置の姿勢変動が、図３（ａ１ ），（ｂ１ ）および（ｃ１ ）に示され、 座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）の回転状態が、図３（ａ２ ），（ｂ２ ）および（ｃ２ ）に示される。次に慣性装置に対してＸ軸まわりに＋９０°、Ｙ軸まわりに＋９０°、Ｘ軸まわりに−９０°の姿勢変動を印加する（ステップＳ１５）。ステップＳ１５による慣性装置の姿勢変動が図３（ｄ１ ），（ｅ１ ）および（ｆ１ ）に示され、 座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）の回転状態が図３（ｄ２ ），（ｅ２ ）および（ｆ２ ）に示される。
【００１９】
図３（ｆ１ ）及び（ｆ２ ）にそれぞれ示される慣性装置の姿勢の状態と、座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）の回転状態は、図２（ａ１）及び（ａ２）に示される元の状態と全く同一である。そこで、ステップＳ１５において、慣性装置の姿勢が元の状態に戻った後に（例えば、０秒から２０秒程度後）、コンピュータ水平軸において計算される速度変化を加速度誤差として計測し（ステップＳ１６）、この計測された加速度誤差を用いて、慣性装置に内蔵されるジャイロのミスアライメントを推定計算により求める（ステップＳ１７）。
【００２０】
ここにおいて、本ミスアライメント計測方法の動作原理について説明する。始めにジャイロ入力軸のミスアライメントについて説明する。図４は、直交座標系を形成する基準軸（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に対するミスアライメント角を示す図であり、基準軸（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に対応する、Ｘジャイロ入力軸とＹジャイロ入力軸が示されている。図４に示されるように、Ｘジャイロ入力軸とＹジャイロ入力軸は直交関係にはなく、Ｘ−Ｙ間ミスアライメント（１） Ｋｘｙと、Ｘ−Ｙ間ミスアライメント（２） Ｋｙｘが存在している。上述の誤差パラメータを求める手順において、姿勢変動間における姿勢誤差に寄与するジャイロのパラメータは、以下に示す３要素である。
Ｋｘｘ：Ｘジャイロスケールファクタ誤差
Ｋｘｙ：Ｘ−Ｙ間ミスアライメント（１） （図４参照）
Ｋｙｘ：Ｘ−Ｙ間ミスアライメント（２） （図４参照）
【００２１】
なお、この他のＹジャイロスケールファクタ誤差、Ｚジャイロスケールファクタ誤差、Ｘ−Ｚ間ミスアライメント及びＹ−Ｚ間ミスアライメントは、姿勢誤差を発生させる要因とはならない。
【００２２】
上記のパラメータにより、回転後においては以下の姿勢誤差が発生する。
・ロール軸まわり： ４（Ｋｘｙ＋Ｋｙｘ） ｒａｄｉａｎ
・ピッチ軸まわり： −２πＫｘｘ ｒａｄｉａｎ
【００２３】
従って、座標軸の回転後に静止させた状態におけるコンピュータ水平軸において計算される速度変化を加速度誤差として計測する値は以下の量となる。
・水平Ｘ軸加速度：２πＫｘｘ・Ｇ ……………………（１）
・水平Ｙ軸加速度：４（Ｋｘｙ＋Ｋｙｘ）・Ｇ ………… （２）
（Ｇ：重力加速度）
【００２４】
（Ｋｘｙ＋Ｋｙｘ）は、Ｘ軸−Ｙ軸間の非直交角度（理想状態：９０°からのずれ）を示す量であり、上記の （２）式の関係によって、計測加速度より直接に求めることができる。仮に加速度計のバイアス安定性を５０μＧ（≒０．５ ×９．８ ×１０−４ ｍ／ｓ２ ）とすると、Ｘ軸−Ｙ軸間の非直交度（Ｋｘｙ＋Ｋｙｘ）の計測誤差は１２．５μｒａｄｉａｎ（≒２．５８秒角）程度の値となる。更に、図１のフローチャートに示される姿勢変動を複数回繰返して実施すれば、上記の （１）式および （２）式において示される姿勢誤差量は、その回数分増大する。例えば、２サイクル姿勢変動を印加させた場合には、印加後の姿勢誤差は下記のようになる。
・ロール軸まわり： ８（Ｋｘｙ＋Ｋｙｘ） ｒａｄｉａｎ
・ピッチ軸まわり： −４πＫｘｘ ｒａｄｉａｎ
【００２５】
従って、上記の同条件の加速度安定性が５０μＧの場合には、（Ｋｘｙ＋Ｋｙｘ）の推定計測誤差は、半分の ６．２５ μｒａｄｉａｎ（≒１．３ 秒角）程度に減少する。
【００２６】
以上の原理を用いて、図１のフローチャートに示される姿勢変動パターンを短時間内に数回繰返して行い、印加後のコンピュータ水平軸の加速度を計測することにより、精度よくジャイロミスアライメントを推定することが可能となる。
【００２７】
次に、本願の第２の発明について説明する。一般に、ストラップダウン慣性装置に内蔵されて直交３軸に配置されるジャイロ相互間のミスアライメント（非直交度）には、Ｘ−Ｙ間、Ｙ−Ｚ間およびＺ−Ｘ間の３要素が存在するが、航空機搭載慣性装置のように、高マニューバ環境において航法誤差に大きく寄与する要素は、▲１▼Ｘ−Ｙ間ミスアライメントと、▲２▼Ｙ−Ｚ間ミスアライメントである。上記の要因▲１▼については、左右の旋回を繰返しながら特定の方向に進行してゆくと、進行方向まわりの姿勢誤差が蓄積されてゆくという特質があり、要因▲２▼については、左右の何れかの旋回においても、同一極性の方位誤差が発生して、旋回ごとに方位角誤差が蓄積されるという特質がある。本発明は、この特質を利用して、航空機搭載の慣性装置に内蔵されるジャイロのミスアライメントを計測する方法を提起するものであり、以下においては、当該発明の一実施の形態について説明する。
【００２８】
図５は本実施の形態の手順を示すフローチャート、図６は航空機に搭載される慣性装置に対する姿勢変動パターンを付与する際の航空機の進行状況を示す図、図７は航空機の左旋回時および右旋回時における回転レートを示す図、図８はＸ軸に対する回転レートカップリングを示す図、図９は左旋回時および右旋回時における鉛直軸まわりのドリフトを示す図である。以下においては、これらの図５〜図９を参照して、本実施の形態のミスアライメント計測方法について説明する。
【００２９】
図５において、慣性装置のＸ軸（ロール角）、Ｙ軸（ピッチ角）およびＺ軸（ヨー角）に対応して、図６に示されるように、該慣性装置を搭載する航空機をＸ軸方向に沿う一定の進行方位１１３に向って飛行させる。図６は、その飛行過程において、右バンク旋回１０１、左バンク旋回１０２、左バンク旋回１０３、右バンク旋回１０４を単位の飛行パターンとして、該飛行パターンを介して該慣性装置に姿勢変動を与えて、元の一定進行方位１１３に向かうコースに戻る。図６においては、上記の飛行パターンの実施終了後に、更に右バンク旋回１０５、左バンク旋回１０６、左バンク旋回１０７、右バンク旋回１０８を含む飛行パターンと、引続き右バンク旋回１０９、左バンク旋回１１０、左バンク旋回１１１、右バンク旋回１１２を含む飛行パターンを繰返し実施して、慣性装置に対して姿勢変動を付与している状況を示している（ステップＳ２１）。このように、本発明においては、慣性装置を搭載する航空機から該慣性装置を取外すことなく、航空機の飛行マニューバを介して慣性装置に対して姿勢変動を付与する点に、ミスアライメント計測方法としての特徴がある。ステップＳ２１による慣性装置に対する姿勢変動付与が終了すると、航空機の帰航後において、該慣性装置による静止航法データに含まれる速度および方位誤差に対する検証を行い、慣性装置に搭載されるジャイロのミスアライメント変動を推定して求める（ステップＳ２２）。なお飛行パターンの実施サイクルは、上記のように３回に限定されるものではなく、誤差パラメータの推定との兼合により適宜に選択される。
【００３０】
次に、本発明の動作原理について説明する。上記のように、慣性装置に姿勢変動を付与する飛行パターンの旋回時においては、左右何れの旋回においても、回転レートを示す図７により明らかなように、バンクした状態においては、慣性装置のＹ軸に対しては同符号の回転レートが入る。図７（ａ）は左旋回時を示し、図７（ｂ）は右旋回時を示しており、ωｄ は航空機の旋回レート、φは旋回時における航空機のロール角、ωｙ は慣性装置のＹ軸に入る回転レート、ωｚ は慣性装置のＺ軸に入る回転レート、ＫｘｙはＸ−Ｙジャイロ間ミスアライメント、△ωｘ は慣性装置のＸ軸にカップルする回転レートを、それぞれ示している。このために旋回時においては、図８に示されるように、Ｘ−Ｙ軸ジャイロ間には、ミスアライメントにより、慣性装置Ｘ軸に対してカップルする微小の同極性の回転レート△ωｘ が発生する。この回転レート△ωｘ は、図７より明らかなように、次式によって与えられる。
【００３１】
この回転レート△ωｘ は、ｘ軸まわりの同極性ドリフトレートであるため、進行方向に直交する方向成分は相殺されるが、進行方向まわりのドリフトは蓄積されて姿勢誤差となる。このことによって、進行方向に直交する方位には速度・位置誤差が発生する。図６に示される飛行パターンを実施する際には、飛行パターンを１サイクル進行する度ごとに、（４・Ｋｘｙ・ｓｉｎ φ）だけ該誤差が発生することになる。従って、この姿勢変動パターンをＮ回繰返して行うと、該姿勢誤差は（４・Ｋｘｙ・ｓｉｎ φ）×Ｎ相当分発生し、引続いて行われる航法においては、相当量の速度・位置誤差が発生する。例えば、Ｋｘｙ＝５０μｒａｄｉａｎ、旋回バンク角φ＝６０°とすると、５回の飛行パターンを繰返し実施した場合には、約 ０．０５ °の姿勢角誤差が発生する。図７と図８を参照して明らかなように、Ｚ軸の回転レートは左右の旋回時において逆極性となるため、Ｚ−Ｘ軸間ミスアライメントによるＸ軸へのカップリングレートは相殺されて航法誤差に介入することはない。Ｙ−Ｚ軸間ミスアライメントについては、Ｙ−Ｚジャイロ間ミスアライメントをＫｙｚとし、航空機旋回時における慣性装置鉛直軸まわりのドリフトを△ωｄ すると、図９を参照して、該△ωｄ は次式により表わされる。
△ωｄ ＝Ｋｙｚ・ωｄ ・ ｓｉｎφ・ ｃｏｓφ
このドリフトの量は、左右の旋回において同極性のドリフトとなり、図６の飛行パターンの１サイクルにおいては、（２π・Ｋｙｚ・ ｓｉｎφ・ ｃｏｓφ）という方位誤差が生じることになる。例えば、Ｋｙｚ＝５０μｒａｄｉａｎ、旋回バンク角φ＝６０°とすると、５回の飛行パターンの繰返しにより、約 ０．０４ °の方位角誤差が発生する。
【００３２】
以上の原理を用いて、上述のように、ステップＳ２１において、図６に示される飛行パターンを短時間内に数回繰返して実施し、ステップＳ２２において、その後における速度・姿勢・方位誤差に状況に応じてミスアライメント変動量を推定することができる。なお、ステップＳ２１およびＳ２２において得られた推定値は、航空機システムの制御表示器等より慣性航法装置に入力されて、補正量が校正される。しかも、本方式によれば、専用試験装置によるキャリブレーションを定期的に実施することなく、ミスアライメント補正量を長期にわたり校正維持することができる。また航法誤差の要因であるセンサ・ドリフトについても、慣性装置を取外すことなく静止航法データ計測による校正が可能となり、本方式の併用により、専用試験装置によるキャリブレーションを定期的に実施することなく、長期にわたり慣性装置の高い精度を維持することが可能となる。
【００３３】
なお、地上において、正確な姿勢の確定可能な設備を使用する場合には、図６における飛行パターンと同様の姿勢変動印加後の慣性装置の速度・方位誤差を計測することにより、短時間内にてミスアライメント変動の推定および校正を行うことができる。
【００３４】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明は、慣性装置に対して３軸回転テープル等を介して、一連の姿勢変動パターンを、短時間内に繰返して印加することにより、２軸回転テーブル使用時の制約による加速度センサのバイアス誤差と複数の計測による影響とを排除して、慣性装置に内蔵されるジャイロのミスアライメントを精度高く推定することができるという効果がある。
【００３５】
また、航空機等の特有のマニューバ環境下において運用される慣性装置に対しては、該慣性装置を航空機等より取外すことなく、短時間内に特定の飛行パターンを繰返すマニューバ飛行を実施して慣性装置に対して姿勢変動を付与することにより、帰航後において、速度および方位の誤差を含む静止航法データから該慣性装置に内蔵されるジャィロのミスアライメント変動量を推定することが可能となり、専用の地上試験設備等による煩瑣な計測方法を排除して、極めて平易な方法により効率よくミスアライメントの推定計測を行うごとができるという効果がある。そして更に、本計測方法の適用により、専用試験装置によるキャリブレーションを定期的に実施することを不要とし、ミスアライメント補正量を長期にわたり校正維持することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願の第１の発明の実施の形態である慣性装置のミスアライメント計測方法を示すフローチャートである。
【図２】図１の実施の形態において、各軸まわりの回転により変動する慣性装置の姿勢変動および座標系の状況を示す図である。
【図３】図１の実施の形態において、各軸まわりの回転により変動する慣性装置の姿勢変動および座標系の状況を、図２に続いて示す図である。
【図４】ミスアライメント角を示す図である。
【図５】本願の第２の発明の実施の形態である慣性装置のミスアライメント計測方法を示すフローチャートである。
【図６】図５の実施の形態における飛行パターンのマニューバを示す図である。
【図７】図５の実施の形態で行うマニューバにおける旋回時の回転レートを示す図である。
【図８】図５の実施の形態における回転レートカップリングを示す図である。
【図９】図５の実施の形態における鉛直軸まわりのドリフトを示す図である。
【符号の説明】
１０１，１０４，１０５，１０８，１０９，１１２ 右バンク旋回
１０２，１０３，１０６，１０７，１１０，１１１ 左バンク旋回
１１３ 進行方位
【発明の属する技術分野】
本発明は、慣性装置のミスアライメント計測方法に関し、特にストラップダウン型慣性装置等の慣性装置に内蔵されるジャイロの相互間のミスアライメントを計測する慣性装置のミスアライメント計測方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ストラップダウン型慣性装置等の慣性装置に内蔵されるジャイロの相互間にミスアライメント（直交からの取付けズレ角）が存在する場合には、該ミスアライメントにより、慣性装置により検出される速度、加速度、位置、姿勢および方位等の各種慣性データにおける誤差要因が生じ、慣性装置の運用上の障害となる。従来は、このような慣性装置におけるミスアライメントを計測する際には、先ず直交する２軸の回転軸を有するテーブル（以下、２軸回転テーブルと云う）上に慣性装置を載せて、該慣性装置に２軸まわりの所定回転を与えることにより生じる姿勢誤差の重力加速度とのカップリングを計測して、ミスアライメントによる誤差パラメータを推定する方法が用いられている。
【０００３】
また、これらのミスアライメントに対する補正が行われた後においても、該ミスアライメント補正時における補正残により、或はまたミスアライメントの経年変動等により上記の慣性誤差が改めて発生する。このミスアライメントに起因する慣性誤差は、地上の車両走行におけるマニューバ（ｍａｎｅｕｖｅｒ）においては、さほど大きな誤差要因とはならないが、慣性装置が航空機等に搭載される場合のように、ロール軸まわりに傾けて（ｂａｎｋ（バンク））して旋回するようなマニューバ環境においては、コンピュータによる演算姿勢に対して大きな誤差を誘引する要因となり、慣性装置により検出される慣性データには大きな誤差が発生して運用上の障害となる。この対応策としては、内蔵されるジャイロおよび加速度計等の各機器相互間のミスアライメントを再計測して、該ミスアライメントを補正する以外には方法がない。しかも、その際には、該慣性装置を航空機等より取外して専用の地上試験装置に装着し、所定の試験を実施するという手順を踏むことが必須条件となる。なお、ここでマニューバは、加速度の有無にかかわらず、姿勢変化を伴う角速度のある運動をいう。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来例においては、従来方式のように、２軸回転テーブルを用いてミスアライメントによる誤差パラメータを推定する際には、以下の２点の制約が、該誤差パラメータの推定精度に関与する条件として存在している。
【０００５】
（１）２軸回転テーブルの制約により、計測される加速度には複数のパラメータの影響が混在しており、個々のパラメータを求めるためには、複数個の計測により、それぞれを分離計算することが必要となる。
【０００６】
（２） 推定精度には、加速度センサのバイアス安定性が関与している。
【０００７】
従って、上記２項目の制約により、ジャイロのミスアライメントの推定に関しては、加速度センサのバイアス誤差と、複数個の計測による影響が推定誤差として含まれることになり、ミスアライメント計測の精度劣化の要因になるという欠点がある。
【０００８】
また、慣性装置が航空機等に搭載される場合のように、ロール軸まわりにバンクして旋回するようなマニューバ環境においては、ミスアライメントによる誤差パラメータは、コンピュータによる演算姿勢に対して大きな誤差を誘引する要因となり、慣性装置により検出される慣性データには大きな誤差が発生する。この対応策としては、内蔵されるジャイロの相互間のミスアライメントを再計測して、該ミスアライメントを補正する以外には手段がなく、その際には、該慣性装置を航空機等より取外して、専用の地上試験装置に装着して所定の試験を実施することが必要となり、慣性装置の整備上多大の工数による手間と時間を要するという欠点がある。
【０００９】
本発明の目的は、上記の欠点を排除して、ミスアライメント計測精度の向上を図るとともに、航空機等に搭載され、特有のマニューバ環境にある慣性装置に対しても、該慣性装置を航空機等より取外すことなく、極めて容易に精度高くミスアライメントを計測することのできる慣性装置のミスアライメント計測方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前述の課題を解決するために本発明は次の手段を提供する。
【００１１】
（１）直交３軸に沿って慣性装置に配置されるジャイロ相互間のミスアライメントを計測する慣性装置のミスアライメント計測方法において、
３軸の回転軸を有する３軸回転テーブルに対して前記慣性装置を載置し、該３軸回転テーブル上に各回転軸に沿って設定される直交３軸座標系のＸ軸（ロール軸）、Ｙ軸（ピッチ軸）およびＺ軸（ヨー軸）に対応して、水平にて該慣性装置のアライメントを実施する第１のステップと、
前記慣性装置に対し、Ｘ軸まわりに＋９０°の姿勢変動を印加し、次にＹ軸まわりに＋９０°の姿勢変動を印加し、次いでＸ軸まわりに−９０°の姿勢変動を印加する第２のステップと、
前記慣性装置に対し、Ｘ軸まわりに−９０°の姿勢変動を印加し、次にＹ軸まわりに＋９０°の姿勢変動を印加し、次いでＸ軸まわりに＋９０°の姿勢変動を印加する第３のステップと、
前記慣性装置に対し、Ｘ軸まわりに−９０°の姿勢変動を印加し、次にＹ軸まわりに＋９０°の姿勢変動を印加し、次いでＸ軸まわりに＋９０°の姿勢変動を印加する第４のステップと、
前記慣性装置に対し、Ｘ軸まわりに＋９０°の姿勢変動を印加し、次にＹ軸まわりに＋９０°の姿勢変動を印加し、次いでＸ軸まわりに−９０°の姿勢変動を印加する第５のステップと、
前記第５のステップにより、前記慣性装置が元の姿勢に戻った後にコンピュータ水平軸において計算される速度変化を加速度誤差として計測する第６のステップと、
前記第６のステップにおいて得られた加速度誤差を用いて、前記ジャイロのミスアライメントを推定して求める第７のステップと
を有することを特徴とする慣性装置のミスアライメント計測方法。
【００１２】
（２）航空機等の飛翔体に搭載される慣性装置に対応して、直交３軸に沿って配置されるジャイロ相互間のミスアライメントを計測する慣性装置のミスアライメント計測方法において、
前記飛翔体の進行方向に沿って該飛翔体に設定される直交３軸座標系のＸ軸（ロール軸）、Ｙ軸（ピッチ軸）およびＺ軸（ヨー軸）に対応して、該飛翔体をＸ軸（ロール軸）方向に沿う一定進行方位に飛翔させ、右旋回→左旋回→左旋回→右旋回又は左旋回→右旋回→右旋回→左旋回を行って当初の前記一定進行方位に対する飛翔に戻る飛行パターンのマニューバ飛翔を、Ｎサイクル繰返して実施し、前記慣性装置に対して姿勢変動を付与するステップと、
地上に帰航した後に、前記慣性装置による静止航法データの速度および方位の誤差から、ジャイロのミスアライメント変動を推定して求めるステップと
を有することを特徴とする慣性装置のミスアライメント計測方法。
【００１３】
【作用】
上記の方法によれば、２軸回転テーブルの制約による加速度センサのバイアス誤差と、複数個の計測による推定誤差の影響が排除されて、平易な方法によりミスアライメントの推定による計測精度の向上を図ることができるとともに、航空機搭載の特有のマニューバ環境にある慣性装置に対しては、飛行過程において、慣性装置に対して特定の飛行パターンによる姿勢変動を付与することにより、該慣性装置を航空機等より取外すことなく、極めて容易に精度高くミスアライメントを推定することが可能となる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に、本願発明の実施の形態について説明する。本願の第１の発明である慣性装置のミスアライメント計測方法の実施形態は、ミスアライメント計測対象のジャイロを内蔵する慣性装置に対して、Ｘ軸まわりとＹ軸まわりに、所定の順番にてそれぞれ＋９０°または−９０°の姿勢変動を与えて、該慣性装置が当初の姿勢に戻った時点において、コンピュータ水平軸において計算される速度変化を加速度誤差として計測し、該加速度誤差を用いて、前記ジャイロのミスアライメントを推定して求めることを特徴としている。
【００１５】
また第２の発明の慣性装置のミスアライメント計測方法は、ミスアライメント計測対象のジャイロを内蔵する航空機搭載の慣性装置に対して、右旋回→左旋回→左旋回→右旋回の旋回飛行を含む飛行パターンを数サイクル実施することにより姿勢変動を付与した後に、帰航後において、速度および方位の誤差を含む静止航法データからミスアライメント変動を推定することを特徴としている。
【００１６】
まず、第１の発明の実施の形態について説明する。図１は、本実施の形態である慣性装置のミスアライメント計測方法における手順を示すフローチャート、図２および図３は、本実施の形態において、慣性装置を座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）の各軸まわりに回転させて、姿勢変動を与えた際の慣性装置の姿勢を示す斜視図と、対応する座標系の回転状況を示す図である。以下においては、主として図１〜図３を参照して、本実施の形態のミスアライメント計測方法について説明する。
【００１７】
図１を参照すると、先ず、ミスアライメント計測対象の慣性装置を３軸回転テーブルに載せて、ロール軸に対応するＸ軸を進行方向として設定される直交座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に対応して、水平状態として慣性装置のアライメントを実施する（ステップＳ１１）。この状態における慣性装置自体の姿勢の状態が図２（ａ１ ）に示され、座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）の回転状態が図２（ａ２ ）に示される。次に慣性装置に対してＸ軸まわりに＋９０°、Ｙ軸まわりに＋９０°、Ｘ軸まわりに−９０°の姿勢変動を順に印加する（ステップＳ１２）。ステップＳ１２による慣性装置の姿勢変動が図２（ｂ１ ），（ｃ１ ）および（ｄ１）に示され、座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）の回転状態が、図２（ｂ２ ），（ｃ２ ）および（ｄ２ ）に示される。
【００１８】
次に慣性装置に対してＸ軸まわりに−９０°、Ｙ軸まわりに＋９０°、Ｘ軸まわりに＋９０°の姿勢変動を印加する（ステップＳ１３）。ステップＳ１３による慣性装置の姿勢変動が、図２（ｅ１ ），（ｆ１ ）および（ｇ１）に示され、座標系（Ｘ，Ｙ、Ｚ）の回転状態が、図２（ｅ２ ），（ｆ２ ）および（ｇ２ ）に示される。次に慣性装置に対してＸ軸まわりに−９０°、Ｙ軸まわりに＋９０°、Ｘ軸まわりに＋９０°の姿勢変動を印加する（ステップＳ１４）。ステップＳ１４による慣性装置の姿勢変動が、図３（ａ１ ），（ｂ１ ）および（ｃ１ ）に示され、 座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）の回転状態が、図３（ａ２ ），（ｂ２ ）および（ｃ２ ）に示される。次に慣性装置に対してＸ軸まわりに＋９０°、Ｙ軸まわりに＋９０°、Ｘ軸まわりに−９０°の姿勢変動を印加する（ステップＳ１５）。ステップＳ１５による慣性装置の姿勢変動が図３（ｄ１ ），（ｅ１ ）および（ｆ１ ）に示され、 座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）の回転状態が図３（ｄ２ ），（ｅ２ ）および（ｆ２ ）に示される。
【００１９】
図３（ｆ１ ）及び（ｆ２ ）にそれぞれ示される慣性装置の姿勢の状態と、座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）の回転状態は、図２（ａ１）及び（ａ２）に示される元の状態と全く同一である。そこで、ステップＳ１５において、慣性装置の姿勢が元の状態に戻った後に（例えば、０秒から２０秒程度後）、コンピュータ水平軸において計算される速度変化を加速度誤差として計測し（ステップＳ１６）、この計測された加速度誤差を用いて、慣性装置に内蔵されるジャイロのミスアライメントを推定計算により求める（ステップＳ１７）。
【００２０】
ここにおいて、本ミスアライメント計測方法の動作原理について説明する。始めにジャイロ入力軸のミスアライメントについて説明する。図４は、直交座標系を形成する基準軸（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に対するミスアライメント角を示す図であり、基準軸（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に対応する、Ｘジャイロ入力軸とＹジャイロ入力軸が示されている。図４に示されるように、Ｘジャイロ入力軸とＹジャイロ入力軸は直交関係にはなく、Ｘ−Ｙ間ミスアライメント（１） Ｋｘｙと、Ｘ−Ｙ間ミスアライメント（２） Ｋｙｘが存在している。上述の誤差パラメータを求める手順において、姿勢変動間における姿勢誤差に寄与するジャイロのパラメータは、以下に示す３要素である。
Ｋｘｘ：Ｘジャイロスケールファクタ誤差
Ｋｘｙ：Ｘ−Ｙ間ミスアライメント（１） （図４参照）
Ｋｙｘ：Ｘ−Ｙ間ミスアライメント（２） （図４参照）
【００２１】
なお、この他のＹジャイロスケールファクタ誤差、Ｚジャイロスケールファクタ誤差、Ｘ−Ｚ間ミスアライメント及びＹ−Ｚ間ミスアライメントは、姿勢誤差を発生させる要因とはならない。
【００２２】
上記のパラメータにより、回転後においては以下の姿勢誤差が発生する。
・ロール軸まわり： ４（Ｋｘｙ＋Ｋｙｘ） ｒａｄｉａｎ
・ピッチ軸まわり： −２πＫｘｘ ｒａｄｉａｎ
【００２３】
従って、座標軸の回転後に静止させた状態におけるコンピュータ水平軸において計算される速度変化を加速度誤差として計測する値は以下の量となる。
・水平Ｘ軸加速度：２πＫｘｘ・Ｇ ……………………（１）
・水平Ｙ軸加速度：４（Ｋｘｙ＋Ｋｙｘ）・Ｇ ………… （２）
（Ｇ：重力加速度）
【００２４】
（Ｋｘｙ＋Ｋｙｘ）は、Ｘ軸−Ｙ軸間の非直交角度（理想状態：９０°からのずれ）を示す量であり、上記の （２）式の関係によって、計測加速度より直接に求めることができる。仮に加速度計のバイアス安定性を５０μＧ（≒０．５ ×９．８ ×１０−４ ｍ／ｓ２ ）とすると、Ｘ軸−Ｙ軸間の非直交度（Ｋｘｙ＋Ｋｙｘ）の計測誤差は１２．５μｒａｄｉａｎ（≒２．５８秒角）程度の値となる。更に、図１のフローチャートに示される姿勢変動を複数回繰返して実施すれば、上記の （１）式および （２）式において示される姿勢誤差量は、その回数分増大する。例えば、２サイクル姿勢変動を印加させた場合には、印加後の姿勢誤差は下記のようになる。
・ロール軸まわり： ８（Ｋｘｙ＋Ｋｙｘ） ｒａｄｉａｎ
・ピッチ軸まわり： −４πＫｘｘ ｒａｄｉａｎ
【００２５】
従って、上記の同条件の加速度安定性が５０μＧの場合には、（Ｋｘｙ＋Ｋｙｘ）の推定計測誤差は、半分の ６．２５ μｒａｄｉａｎ（≒１．３ 秒角）程度に減少する。
【００２６】
以上の原理を用いて、図１のフローチャートに示される姿勢変動パターンを短時間内に数回繰返して行い、印加後のコンピュータ水平軸の加速度を計測することにより、精度よくジャイロミスアライメントを推定することが可能となる。
【００２７】
次に、本願の第２の発明について説明する。一般に、ストラップダウン慣性装置に内蔵されて直交３軸に配置されるジャイロ相互間のミスアライメント（非直交度）には、Ｘ−Ｙ間、Ｙ−Ｚ間およびＺ−Ｘ間の３要素が存在するが、航空機搭載慣性装置のように、高マニューバ環境において航法誤差に大きく寄与する要素は、▲１▼Ｘ−Ｙ間ミスアライメントと、▲２▼Ｙ−Ｚ間ミスアライメントである。上記の要因▲１▼については、左右の旋回を繰返しながら特定の方向に進行してゆくと、進行方向まわりの姿勢誤差が蓄積されてゆくという特質があり、要因▲２▼については、左右の何れかの旋回においても、同一極性の方位誤差が発生して、旋回ごとに方位角誤差が蓄積されるという特質がある。本発明は、この特質を利用して、航空機搭載の慣性装置に内蔵されるジャイロのミスアライメントを計測する方法を提起するものであり、以下においては、当該発明の一実施の形態について説明する。
【００２８】
図５は本実施の形態の手順を示すフローチャート、図６は航空機に搭載される慣性装置に対する姿勢変動パターンを付与する際の航空機の進行状況を示す図、図７は航空機の左旋回時および右旋回時における回転レートを示す図、図８はＸ軸に対する回転レートカップリングを示す図、図９は左旋回時および右旋回時における鉛直軸まわりのドリフトを示す図である。以下においては、これらの図５〜図９を参照して、本実施の形態のミスアライメント計測方法について説明する。
【００２９】
図５において、慣性装置のＸ軸（ロール角）、Ｙ軸（ピッチ角）およびＺ軸（ヨー角）に対応して、図６に示されるように、該慣性装置を搭載する航空機をＸ軸方向に沿う一定の進行方位１１３に向って飛行させる。図６は、その飛行過程において、右バンク旋回１０１、左バンク旋回１０２、左バンク旋回１０３、右バンク旋回１０４を単位の飛行パターンとして、該飛行パターンを介して該慣性装置に姿勢変動を与えて、元の一定進行方位１１３に向かうコースに戻る。図６においては、上記の飛行パターンの実施終了後に、更に右バンク旋回１０５、左バンク旋回１０６、左バンク旋回１０７、右バンク旋回１０８を含む飛行パターンと、引続き右バンク旋回１０９、左バンク旋回１１０、左バンク旋回１１１、右バンク旋回１１２を含む飛行パターンを繰返し実施して、慣性装置に対して姿勢変動を付与している状況を示している（ステップＳ２１）。このように、本発明においては、慣性装置を搭載する航空機から該慣性装置を取外すことなく、航空機の飛行マニューバを介して慣性装置に対して姿勢変動を付与する点に、ミスアライメント計測方法としての特徴がある。ステップＳ２１による慣性装置に対する姿勢変動付与が終了すると、航空機の帰航後において、該慣性装置による静止航法データに含まれる速度および方位誤差に対する検証を行い、慣性装置に搭載されるジャイロのミスアライメント変動を推定して求める（ステップＳ２２）。なお飛行パターンの実施サイクルは、上記のように３回に限定されるものではなく、誤差パラメータの推定との兼合により適宜に選択される。
【００３０】
次に、本発明の動作原理について説明する。上記のように、慣性装置に姿勢変動を付与する飛行パターンの旋回時においては、左右何れの旋回においても、回転レートを示す図７により明らかなように、バンクした状態においては、慣性装置のＹ軸に対しては同符号の回転レートが入る。図７（ａ）は左旋回時を示し、図７（ｂ）は右旋回時を示しており、ωｄ は航空機の旋回レート、φは旋回時における航空機のロール角、ωｙ は慣性装置のＹ軸に入る回転レート、ωｚ は慣性装置のＺ軸に入る回転レート、ＫｘｙはＸ−Ｙジャイロ間ミスアライメント、△ωｘ は慣性装置のＸ軸にカップルする回転レートを、それぞれ示している。このために旋回時においては、図８に示されるように、Ｘ−Ｙ軸ジャイロ間には、ミスアライメントにより、慣性装置Ｘ軸に対してカップルする微小の同極性の回転レート△ωｘ が発生する。この回転レート△ωｘ は、図７より明らかなように、次式によって与えられる。
この回転レート△ωｘ は、ｘ軸まわりの同極性ドリフトレートであるため、進行方向に直交する方向成分は相殺されるが、進行方向まわりのドリフトは蓄積されて姿勢誤差となる。このことによって、進行方向に直交する方位には速度・位置誤差が発生する。図６に示される飛行パターンを実施する際には、飛行パターンを１サイクル進行する度ごとに、（４・Ｋｘｙ・ｓｉｎ φ）だけ該誤差が発生することになる。従って、この姿勢変動パターンをＮ回繰返して行うと、該姿勢誤差は（４・Ｋｘｙ・ｓｉｎ φ）×Ｎ相当分発生し、引続いて行われる航法においては、相当量の速度・位置誤差が発生する。例えば、Ｋｘｙ＝５０μｒａｄｉａｎ、旋回バンク角φ＝６０°とすると、５回の飛行パターンを繰返し実施した場合には、約 ０．０５ °の姿勢角誤差が発生する。図７と図８を参照して明らかなように、Ｚ軸の回転レートは左右の旋回時において逆極性となるため、Ｚ−Ｘ軸間ミスアライメントによるＸ軸へのカップリングレートは相殺されて航法誤差に介入することはない。Ｙ−Ｚ軸間ミスアライメントについては、Ｙ−Ｚジャイロ間ミスアライメントをＫｙｚとし、航空機旋回時における慣性装置鉛直軸まわりのドリフトを△ωｄ すると、図９を参照して、該△ωｄ は次式により表わされる。
△ωｄ ＝Ｋｙｚ・ωｄ ・ ｓｉｎφ・ ｃｏｓφ
このドリフトの量は、左右の旋回において同極性のドリフトとなり、図６の飛行パターンの１サイクルにおいては、（２π・Ｋｙｚ・ ｓｉｎφ・ ｃｏｓφ）という方位誤差が生じることになる。例えば、Ｋｙｚ＝５０μｒａｄｉａｎ、旋回バンク角φ＝６０°とすると、５回の飛行パターンの繰返しにより、約 ０．０４ °の方位角誤差が発生する。
【００３２】
以上の原理を用いて、上述のように、ステップＳ２１において、図６に示される飛行パターンを短時間内に数回繰返して実施し、ステップＳ２２において、その後における速度・姿勢・方位誤差に状況に応じてミスアライメント変動量を推定することができる。なお、ステップＳ２１およびＳ２２において得られた推定値は、航空機システムの制御表示器等より慣性航法装置に入力されて、補正量が校正される。しかも、本方式によれば、専用試験装置によるキャリブレーションを定期的に実施することなく、ミスアライメント補正量を長期にわたり校正維持することができる。また航法誤差の要因であるセンサ・ドリフトについても、慣性装置を取外すことなく静止航法データ計測による校正が可能となり、本方式の併用により、専用試験装置によるキャリブレーションを定期的に実施することなく、長期にわたり慣性装置の高い精度を維持することが可能となる。
【００３３】
なお、地上において、正確な姿勢の確定可能な設備を使用する場合には、図６における飛行パターンと同様の姿勢変動印加後の慣性装置の速度・方位誤差を計測することにより、短時間内にてミスアライメント変動の推定および校正を行うことができる。
【００３４】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明は、慣性装置に対して３軸回転テープル等を介して、一連の姿勢変動パターンを、短時間内に繰返して印加することにより、２軸回転テーブル使用時の制約による加速度センサのバイアス誤差と複数の計測による影響とを排除して、慣性装置に内蔵されるジャイロのミスアライメントを精度高く推定することができるという効果がある。
【００３５】
また、航空機等の特有のマニューバ環境下において運用される慣性装置に対しては、該慣性装置を航空機等より取外すことなく、短時間内に特定の飛行パターンを繰返すマニューバ飛行を実施して慣性装置に対して姿勢変動を付与することにより、帰航後において、速度および方位の誤差を含む静止航法データから該慣性装置に内蔵されるジャィロのミスアライメント変動量を推定することが可能となり、専用の地上試験設備等による煩瑣な計測方法を排除して、極めて平易な方法により効率よくミスアライメントの推定計測を行うごとができるという効果がある。そして更に、本計測方法の適用により、専用試験装置によるキャリブレーションを定期的に実施することを不要とし、ミスアライメント補正量を長期にわたり校正維持することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願の第１の発明の実施の形態である慣性装置のミスアライメント計測方法を示すフローチャートである。
【図２】図１の実施の形態において、各軸まわりの回転により変動する慣性装置の姿勢変動および座標系の状況を示す図である。
【図３】図１の実施の形態において、各軸まわりの回転により変動する慣性装置の姿勢変動および座標系の状況を、図２に続いて示す図である。
【図４】ミスアライメント角を示す図である。
【図５】本願の第２の発明の実施の形態である慣性装置のミスアライメント計測方法を示すフローチャートである。
【図６】図５の実施の形態における飛行パターンのマニューバを示す図である。
【図７】図５の実施の形態で行うマニューバにおける旋回時の回転レートを示す図である。
【図８】図５の実施の形態における回転レートカップリングを示す図である。
【図９】図５の実施の形態における鉛直軸まわりのドリフトを示す図である。
【符号の説明】
１０１，１０４，１０５，１０８，１０９，１１２ 右バンク旋回
１０２，１０３，１０６，１０７，１１０，１１１ 左バンク旋回
１１３ 進行方位
Claims (2)
- 直交３軸に沿って慣性装置に配置されるジャイロ相互間のミスアライメントを計測する慣性装置のミスアライメント計測方法において、
３軸の回転軸を有する３軸回転テーブルに対して前記慣性装置を載置し、該３軸回転テーブル上に各回転軸に沿って設定される直交３軸座標系のＸ軸（ロール軸）、Ｙ軸（ピッチ軸）およびＺ軸（ヨー軸）に対応して、水平にて該慣性装置のアライメントを実施する第１のステップと、
前記慣性装置に対し、Ｘ軸まわりに＋９０°の姿勢変動を印加し、次にＹ軸まわりに＋９０°の姿勢変動を印加し、次いでＸ軸まわりに−９０°の姿勢変動を印加する第２のステップと、
前記慣性装置に対し、Ｘ軸まわりに−９０°の姿勢変動を印加し、次にＹ軸まわりに＋９０°の姿勢変動を印加し、次いでＸ軸まわりに＋９０°の姿勢変動を印加する第３のステップと、
前記慣性装置に対し、Ｘ軸まわりに−９０°の姿勢変動を印加し、次にＹ軸まわりに＋９０°の姿勢変動を印加し、次いでＸ軸まわりに＋９０°の姿勢変動を印加する第４のステップと、
前記慣性装置に対し、Ｘ軸まわりに＋９０°の姿勢変動を印加し、次にＹ軸まわりに＋９０°の姿勢変動を印加し、次いでＸ軸まわりに−９０°の姿勢変動を印加する第５のステップと、
前記第５のステップにより、前記慣性装置が元の姿勢に戻った後にコンピュータ水平軸において計算される速度変化を加速度誤差として計測する第６のステップと、
前記第６のステップにおいて得られた加速度誤差を用いて、前記ジャイロのミスアライメントを推定して求める第７のステップと
を有することを特徴とする慣性装置のミスアライメント計測方法。 - 航空機等の飛翔体に搭載される慣性装置に対応して、直交３軸に沿って配置されるジャイロ相互間のミスアライメントを計測する慣性装置のミスアライメント計測方法において、
前記飛翔体の進行方向に沿って該飛翔体に設定される直交３軸座標系のＸ軸（ロール軸）、Ｙ軸（ピッチ軸）およびＺ軸（ヨー軸）に対応して、該飛翔体をＸ軸（ロール軸）方向に沿う一定進行方位に飛翔させ、右旋回→左旋回→左旋回→右旋回又は左旋回→右旋回→右旋回→左旋回を行って当初の前記一定進行方位に対する飛翔に戻る飛行パターンのマニューバ飛翔を、Ｎサイクル繰返して実施し、前記慣性装置に対して姿勢変動を付与するステップと、
地上に帰航した後に、前記慣性装置による静止航法データの速度および方位の誤差から、ジャイロのミスアライメント変動を推定して求めるステップと
を有することを特徴とする慣性装置のミスアライメント計測方法。
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